Cyanobactéries et cyanotoxines en milieu péri-urbain (Ile de France) : distribution spatiale et toxicité – CYANOTOX

Le risque sanitaire induit par les cyanobactéries toxiques et leurs proliférations dans les plans d'eau est pris en considération par l'OMS depuis 1999 (Guideline For Drinking Water). Encore très incomplètement appréhendé, il nécessite des études pluridisciplinaires approfondies afin 1) de définir la distribution des cyanobactéries toxiques et de leurs toxines dans des zones à forte fréquentation humaine comme les régions urbaines et péri-urbaines (objectif 1) ; 2) de déterminer les conditions écologiques de cette distribution (objectif 2) ; 3) d'évaluer le risque de toxicité aiguë associé aux métabolites de cyanobactéries et cyanotoxines à l'aide d'un organisme animal, l'embryon de médaka vésiculé, reconnu comme modèle alternatif de toxicologie (objectif 3); 4) d'analyser les mécanismes induits pouvant conduire à des dysfonctionnements cellulaires dangereux (mort, prolifération anarchique… ; toxicité chronique) (objectif 4) ; 5) d'aborder l'estimation d'un risque pour les populations humaines en fonction des usages des plans d'eau (intégration des résultats des objectifs précédents). Ce projet esp proposé par plusieurs équipes impliquées dans des travaux relatifs à ces questions depuis plusieurs années, en vue de progresser avec plus d'efficacité sur une problématique qui nécessite des réponses urgentes. L'étude proposée des populations de cyanobactéries et de leur distribution spatiale concerne une région péri-urbaine densément peuplée, l'Ile de France et ses 980 plans d'eau. Une telle ampleur en fait l'originalité dans un contexte où les pressions et les évolutions socio-économiques sont importantes. Une attention particulière sera portée à la stratégie d'échantillonnage en appliquant pour la première fois aux cyanobactéries la méthode des plans d'échantillonnage. A côté des techniques classiques d'identification et d'évaluation de la biomasse (microscopie, comptage cellulaire) seront mises en œuvre des mesures de quantification par fluorescence in situ plus rapides. Les plans d'eaux seront caractérisés par différentes variables limnologiques (physico-chimiques et biologiques) et environnementales (hydrologie des bassins versants, occupation des sols, usages). Différentes méthodes numériques de traitement des données seront utilisées pour caractériser les distributions spatiales des cyanobactéries et leurs relations avec les descripteurs des plans d'eau. Sur les efflorescences les plus abondantes des analyses chimiques (CLHP, SM) permettront de déterminer les principales composantes de leur métabolome (comprenant le toxinome). Leur toxicité sera évaluée par des tests reconnus et simples (inhibition enzymatique ou cytotoxicité sur lignées celluaires). Sur les mêmes sites, la toxicité des cyanobactéries et de l'eau sera évaluée sur un modèle alternatif, l'embryon nouvellement éclos du poisson médaka encore vésiculé (toxicité aiguë). Cette approche permettra d'identifier des sites à risques et de rechercher les molécules responsables connues et nouvelles. Un autre problème toxicologique concerne le mode d'action de cyanotoxines dangereuses. Les neurotoxines sont relativement faciles à détecter et à identifier pour les toxines connues par divers tests in vitro ou par voie chimique quand existent des standards (anatoxine-a par exemple). Par contre pour les cyanotoxines pouvant conduire à des processus de cancérisation, les risques sont difficiles à évaluer car l'évolution vers l'état cancéreux est complexe et les mécanismes d'action de ces substances sont mal connus. Les molécules les plus fréquemment rencontrées sont les microcystines (71 variants) dont la microcystine-LR, la plus toxique. Bien que la plus étudiée, les résultats obtenus sont fragmentaires. C'est pourquoi un programme expérimental est proposé sur le médaka adulte comme, facile à obtenir en quantité et recommandé aux Etats-Unis et au Japon pour des études de cancérogenèse (National Toxicology Program Pathology). Les recherches comprennent d'une part, une étude anatomo-pathologique accompagnée d'une détection de la localisation de la MC-LR par immuno-cytochimie, et d'autre part, une analyse du protéome centrée sur le foie, la MC-LR étant une hépatotoxine reconnue. L'évolution en fonction du temps des protéines et de leur phosphorylation doit permettre de déterminer les voies métaboliques touchées et d'en évaluer les conséquences telles que mort cellulaire ou orientation vers la tumorisation. Enfin la mise au point d'une méthodologie pour évaluer l'exposition aux cyanotoxines sera tentée sur des sites de loisirs aquatiques en vue d'une estimation des risques liés à des cyanobactéries. Les objectifs du projet proposé visent globalement à répondre aux attentes de l'appel à projets en référence à l'axe thématique 2.1.1 « Les déterminants environnementaux: les contaminants, les milieux, les expositions » et plus spécifiquement, concernant les « toxines » de cyanobactéries, en étudiant : (i) la capacité de ces microorganismes à produire des toxines en fonction des conditions environnementales, et (ii) leurs interactions potentielles avec la santé humaine via la disponibilité des toxines et leur transfert dans les organismes et leurs effets toxiques. Les objectifs 1 et 2 du projet concernent également l'axe thématique 2.1.2 « Le rôle des modifications de l'environnement dans la dynamique des agents infectieux et les interactions avec l'hôte ». Les objectifs 3,4 sont également en phase avec l'axe thématique 2.1.3 « Les impacts des conditions environnementales sur la santé humaine».